{"id":8071,"date":"2020-10-16T08:51:27","date_gmt":"2020-10-16T08:51:27","guid":{"rendered":"https:\/\/inmotion-web.it\/?p=8071"},"modified":"2025-06-17T13:19:57","modified_gmt":"2025-06-17T13:19:57","slug":"ambienti-estremi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/inmotion\/ambienti-estremi\/","title":{"rendered":"Affidabilit\u00e0 in ambienti estremi"},"content":{"rendered":"\n

Gli ambienti estremi presentano sfide operative per i cuscinetti standard, che possono essere soggetti a guasti prematuri. Per questo i cuscinetti devono essere configurati con cura, per fornire prestazioni elevate e alta affidabilit\u00e0. Occorre prestare particolare attenzione alla lubrificazione, ai materiali, ai rivestimenti superficiali e al trattamento termico. In qualit\u00e0 di esperti nei cuscinetti di super-precisione per ambienti gravosi, HQW Precision e The Barden Corporation<\/a> comprendono appieno le esigenze delle applicazioni pi\u00f9 gravose.<\/h2>\n\n\n\n

L\u2019esigenza crescente di migliorare l\u2019affidabilit\u00e0 in tutti i settori industriali impone agli ingegneri di considerare tutti i componenti delle loro apparecchiature. I sistemi a cuscinetti sono elementi critici in una macchina e il loro guasto pu\u00f2 avere conseguenze molto onerose. La struttura del cuscinetto ha un impatto molto importante sull\u2019affidabilit\u00e0, soprattutto in condizioni operative estreme, che includono temperature alte o basse, il vuoto e atmosfere corrosive. Vengono qui prese in esame le considerazioni da fare in fase di specifica dei cuscinetti per ambienti gravosi, per consentire agli ingegneri di garantire nel tempo un\u2019elevata affidabilit\u00e0 e prestazioni eccellenti delle proprie apparecchiature. Un sistema di cuscinetti comprende molti elementi, tra cui sfere, anelli, gabbie e lubrificazione. I cuscinetti standard in genere non resistono al rigore degli ambienti difficili, e quindi \u00e8 necessario prestare particolare attenzione ai singoli componenti. Gli elementi pi\u00f9 importanti sono la lubrificazione, i materiali, il trattamento termico o i rivestimenti speciali, e analizzando ogni fattore \u00e8 possibile configurare al meglio i cuscinetti per l\u2019applicazione.<\/p>\n\n\n\n

\"\u00c8
\u00c8 possibile configurare al meglio i cuscinetti per i sistemi di attuazione aerospaziale considerando la lubrificazione, i materiali e il trattamento termico o i rivestimenti speciali. \n<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il funzionamento alle alte temperature<\/h3>\n\n\n\n

Le applicazioni ad alta temperatura, come quelle presenti nei sistemi di attuazione nell\u2019industria aerospaziale, possono presentare sfide che riguardano i cuscinetti standard. Inoltre, poich\u00e9 le unit\u00e0 diventano sempre pi\u00f9 piccole e richiedono una maggiore potenza, aumentano le temperature all\u2019interno delle apparecchiature, e ci\u00f2 costituisce un problema per un normale cuscinetto.<\/p>\n\n\n\n

Lubrificazione<\/h3>\n\n\n\n

In questo contesto la lubrificazione costituisce un aspetto importante. Gli oli e i grassi sono caratterizzati da temperature massime di esercizio in corrispondenza delle quali inizieranno a degradarsi e a evaporare rapidamente, portando al guasto del cuscinetto. I grassi standard sono spesso soggetti a un limite massimo di temperatura di circa 120\u00b0C, e alcuni grassi convenzionali per le alte temperature sono in grado di resistere fino a 180\u00b0C.
Tuttavia, per le applicazioni che richiedono temperature ancora pi\u00f9 alte, sono disponibili grassi lubrificanti speciali fluorurati che possono raggiungere temperature superiori a 250\u00b0C. Laddove non \u00e8 possibile la lubrificazione liquida, la lubrificazione solida costituisce un\u2019opzione che consente un funzionamento affidabile a bassa velocit\u00e0 e a temperature ancora pi\u00f9 elevate. In questo caso sono raccomandati come lubrificanti solidi il disolfuro di molibdeno (MOS2), il disolfuro di tungsteno (WS2), la grafite o il politetrafluoroetilene (PTFE), in quanto sono in grado di tollerare temperature molto elevate per periodi di tempo pi\u00f9 lunghi.<\/p>\n\n\n\n

\"I
I sistemi di cuscinetti di Barden offrono una lunga durata operativa e funzionano ad alta velocit\u00e0, caratteristiche ideali per le pompe turbo-molecolari utilizzate per generare gli ambienti a vuoto. \n<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Materiali<\/h3>\n\n\n\n

In presenza di temperature superiori ai 300\u00b0C, sono necessari materiali speciali per gli anelli e le sfere. L\u2019AISI M50 \u00e8 un acciaio per le alte temperature che \u00e8 in genere raccomandato in quanto presenta un\u2019elevata resistenza all\u2019usura e alla fatica alle alte temperature. Il BG42 \u00e8 un altro acciaio per le alte temperature che presenta una buona durezza a 300\u00b0C ed \u00e8 comunemente raccomandato, essendo caratterizzato da alti livelli di resistenza alla corrosione ed essendo inoltre meno suscettibile alla fatica e all\u2019usura a temperature estreme. Sono inoltre necessarie gabbie resistenti alle alte temperature, le quali possono essere realizzate in materiali polimerici speciali, che includono il PTFE, il poliimmide (PI), il poliammide-immide (PAI) comunemente chiamato Torlon\u00ae e il polietere-etere-chetone (PEEK). Per i sistemi lubrificati ad olio per le alte temperature, le gabbie possono anche essere prodotte in bronzo, ottone o acciaio placcato in argento.<\/p>\n\n\n\n

Rivestimenti e trattamento termico<\/h3>\n\n\n\n

Per contrastare l\u2019attrito, prevenire la corrosione e ridurre l\u2019usura, \u00e8 possibile applicare ai cuscinetti rivestimenti e trattamenti superficiali avanzati, che migliorano cos\u00ec le prestazioni del cuscinetto alle alte temperature. Ad esempio, \u00e8 possibile rivestire le gabbie in acciaio con argento per migliorare le prestazioni e l\u2019affidabilit\u00e0. In caso di problema\/mancanza di lubrificante, la placcatura d\u2019argento agisce come un lubrificante solido, il quale consente al cuscinetto di continuare a funzionare per un breve periodo di tempo o in una situazione di emergenza.<\/p>\n\n\n\n

Affidabilit\u00e0 alle basse temperature<\/h3>\n\n\n\n

Viceversa, anche in presenza di basse temperature si possono verificare problematiche per i cuscinetti standard.<\/p>\n\n\n\n

Lubrificazione<\/h3>\n\n\n\n

Nelle applicazioni alle basse temperature, ad esempio in applicazioni di pompaggio criogenico con temperature dell\u2019ordine dei -190\u00b0C, i lubrificanti a olio diventano cerosi, con un conseguente guasto al cuscinetto. I lubrificanti solidi, come il MOS2 o il WS2, sono ideali per migliorare l\u2019affidabilit\u00e0. Inoltre, in queste applicazioni, l\u2019olio semifluido pompato pu\u00f2 agire come lubrificante, quindi i cuscinetti devono essere appositamente configurati per funzionare a queste basse temperature utilizzando materiali che funzionano bene con gli oli semifluidi.<\/p>\n\n\n\n

\"Grafico\"
Grafico<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Materiali<\/h3>\n\n\n\n

Un materiale che pu\u00f2 essere utilizzato per migliorare la durata a fatica e la resistenza all\u2019usura di un cuscinetto \u00e8 SV30\u00ae – un acciaio martensitico e ad alto contenuto di azoto, resistente alla corrosione. Sono inoltre consigliate le sfere in ceramica, in quanto offrono prestazioni superiori. Le propriet\u00e0 meccaniche intrinseche del materiale consentono di assicurare un funzionamento eccellente in cattive condizioni di lubrificazione, e sono molto pi\u00f9 adatte per il funzionamento affidabile alle basse temperature.
Il materiale della gabbia dovrebbe inoltre essere scelto per essere il pi\u00f9 possibile resistente all\u2019usura e le opzioni valide in questo caso includono il PEEK, il policlorotrifluoroetilene (PCTFE) e la plastica PAI (Torlon\u00ae).<\/p>\n\n\n\n

Trattamento termico<\/h3>\n\n\n\n

Per migliorare la stabilit\u00e0 dimensionale alle basse temperature, \u00e8 necessario sottoporre gli anelli a un apposito trattamento termico.<\/p>\n\n\n\n

Struttura interna<\/h3>\n\n\n\n

Un\u2019ulteriore considerazione relativa al funzionamento alle basse temperature riguarda la struttura interna del cuscinetto. I cuscinetti sono progettati con un certo grado di gioco radiale, ma con la riduzione delle temperature gli elementi del cuscinetto subiscono una contrazione termica, quindi il gioco radiale si riduce. Se il gioco radiale si riduce a zero durante il funzionamento, si avr\u00e0 un guasto al cuscinetto. I cuscinetti destinati ad applicazioni a bassa temperatura devono essere progettati con pi\u00f9 gioco radiale a temperatura ambiente, per consentire un livello accettabile di gioco radiale in condizioni operative caratterizzate da basse temperature.<\/p>\n\n\n\n

La gestione della pressione del vuoto<\/h3>\n\n\n\n

In ambienti ad altissimo vuoto, come quelli presenti nella produzione di componenti elettronici, di semiconduttori e di LCD, la pressione pu\u00f2 essere inferiore a 10-7 mbar. I cuscinetti per applicazioni ad altissimo vuoto sono tipicamente utilizzati nei componenti di attuazione all\u2019interno dell\u2019ambiente produttivo. Un\u2019altra applicazione tipica dei sistemi a vuoto \u00e8 data dalle pompe turbo-molecolari (TMP) che generano il vuoto per gli ambienti di produzione. In quest\u2019ultima applicazione si rendono spesso necessari cuscinetti per il funzionamento ad alta velocit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Lubrificazione<\/h3>\n\n\n\n

In queste condizioni la lubrificazione \u00e8 fondamentale. In simili condizioni di alto vuoto i grassi lubrificanti standard evaporano, inoltre rilasciano gas e la mancanza di una lubrificazione efficace pu\u00f2 provocare guasti al cuscinetto. \u00c8 quindi necessario ricorrere ad una lubrificazione speciale. Per gli ambienti ad alto vuoto (fino a circa 10-7 mbar) \u00e8 possibile utilizzare i grassi PFPE, in quanto offrono una resistenza molto pi\u00f9 elevata all\u2019evaporazione. Per gli ambienti ad altissimo vuoto (10-9 mbar e meno) \u00e8 necessario utilizzare lubrificanti solidi e rivestimenti.
Per gli ambienti a vuoto medio (circa 10-2 mbar), con un\u2019accurata progettazione e selezione del grasso speciale per vuoto, \u00e8 possibile ottenere sistemi di cuscinetti che offrono durate operative pari ad oltre 40.000 ore (circa 5 anni) di utilizzo continuo e funzionamento ad alta velocit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Resistenza alla corrosione<\/h3>\n\n\n\n

I cuscinetti destinati all\u2019utilizzo in ambienti corrosivi devono essere configurati appositamente, in quanto possono essere esposti potenzialmente a sostanze chimiche corrosive quali, tra l\u2019altro, acidi, alcali e all\u2019acqua salata.<\/p>\n\n\n\n

Materiali<\/h3>\n\n\n\n

I materiali costituiscono un aspetto di importanza vitale da considerare negli ambienti corrosivi. Gli acciai standard per cuscinetti si corrodono facilmente, con un conseguente guasto precoce del cuscinetto. In questo caso, \u00e8 necessario considerare il materiale SV30 per gli anelli, con sfere in ceramica, essendo altamente resistenti alla corrosione. Infatti, gli studi hanno dimostrato che il materiale SV30 pu\u00f2 durare molto pi\u00f9 a lungo rispetto ad altri acciai resistenti alla corrosione in un ambiente soggetto a salsedine. Nei test controllati in nebbia salina, l\u2019acciaio SV30 mostra solo lievi segni di corrosione dopo 1.000 ore di prova (si veda il grafico 1), e si pu\u00f2 osservare chiaramente l\u2019elevata resistenza alla corrosione del materiale SV30 sugli anelli di prova. \u00c8 inoltre possibile utilizzare materiali ceramici speciali per le sfere, come lo zirconio e il carburo di silicio, per aumentare ulteriormente la resistenza di un cuscinetto alle sostanze corrosive.<\/p>\n\n\n\n

Ottenere di pi\u00f9 dalla lubrificazione dei substrati<\/h3>\n\n\n\n

Un ambiente finale difficile \u00e8 dato dalle applicazioni in cui il substrato agisce come lubrificante, ad esempio i refrigeranti, l\u2019acqua o i fluidi idraulici. In tutte queste applicazioni il materiale costituisce l\u2019aspetto pi\u00f9 importante da considerare, ed \u00e8 emerso che spesso i cuscinetti ibridi in acciaio SV30 e ceramica forniscono la soluzione pi\u00f9 pratica e affidabile.<\/p>\n\n\n\n

Stefan Vogel \u00e8 Responsabile Vendite e Applicazioni presso HQW Precision GmbH e Barney Eley, Ingegnere Applicativo Senior presso The Barden Corporation.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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